炸藥庫爆炸對建筑物風(fēng)險影響分析

段美滿

摘 要：近年來，隨著城市規(guī)劃發(fā)展逐步加快，原偏僻地區(qū)的炸藥庫逐漸靠近城市規(guī)劃區(qū)，威脅到城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑物的公共安全。分析炸藥倉庫發(fā)生意外爆炸對建筑物的影響，重點分析爆炸沖擊波對建筑物造成的危害。爆炸沖擊荷載作為第三方破壞的主要荷載形式之一，會引起鄰近建筑物的破壞問題，在過去的工程實踐中對其重視不夠，但客觀事實卻顯得尤為突出，這就要求我們進(jìn)行不斷的研究以滿足工程實踐的需求。因而，研究建筑物在爆炸沖擊作用下的響應(yīng)特點和規(guī)律，對建筑物的安全保護(hù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：爆炸 炸藥 建筑物 定量技術(shù)分析 模擬計算

中圖分類號：TJ55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0066-03

本次研究對象：某企業(yè)炸藥庫儲量為120t（單庫，儲存品種為乳化炸藥），折合成TNT當(dāng)量值為120t×0.76=91.2t；炸藥庫距城市規(guī)劃區(qū)建筑物最近點直線距離為2966m。

1 炸藥庫爆破振動安全允許距離分析

根據(jù)《爆破安全規(guī)程（GB 6722-2014）》可知：爆破振動安全允許距離可按下式計算。

根據(jù)假設(shè)的資料及模擬的現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件可知， K的取值250，α的取值1.8。炸藥庫屬于地表庫，其爆破可視為地表淺孔爆炸。因此，其主振頻率在40～100Hz范圍內(nèi)。擬定建筑物為工業(yè)建筑物，綜合分析，地質(zhì)振動安全允許速度V取4.2～5.0cm/s范圍之內(nèi)；炸藥量根據(jù)120t乳化炸藥計算。則根據(jù)式（1）計算可得：

120t乳化炸藥爆炸的安全距離范圍為：

從上述計算可知，120t炸藥爆炸振動安全允許距離范圍為395.4～435.6m。

2 炸藥庫爆炸空氣沖擊波超壓影響

由于炸藥庫爆炸屬于地表大藥量爆炸，還應(yīng)該核算建筑物所承受的空氣沖擊波超壓值，并確定相應(yīng)的安全允許距離，根據(jù)《爆破安全規(guī)程（GB 6722-2014）》可知：在平坦地形條件下爆炸時，超壓可按照下式計算。

空氣沖擊波超壓的安全允許距離，應(yīng)根據(jù)保護(hù)對象、所用炸藥品種、地形和氣象條件由設(shè)計確定。本次計算的R為2966m、Q為120000kg乳化炸藥（計算時換算成炸藥TNT當(dāng)量）。

本次計算的空氣沖擊波超壓值為0.017×105Pa，破壞等級為1級。結(jié)合爆破安全規(guī)程（GB 6722-2014）（建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系）可知，當(dāng)120t乳化炸藥爆炸時，建筑物基本無破壞。即：建筑物玻璃偶然破壞，木門窗無損壞，磚外墻無損壞，頂棚無損壞，內(nèi)墻無損壞，鋼筋混凝土柱無損壞。

3 炸藥庫爆炸對建筑物動力響應(yīng)分析

考慮到計算范圍足夠大時，爆炸在計算區(qū)域邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變非常小，近似無限邊界。由于模型只是無限區(qū)域的一部分，出現(xiàn)人為的邊界，為了消除人為邊界處的反射波對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，計算過程中除了頂面沒有設(shè)置約束外，其余三個面設(shè)定為無反射邊界條件。炸藥儲存在地表炸藥庫內(nèi)，炸藥庫距最近建筑物最近點直線距離為2966m，庫內(nèi)炸藥按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)換算成標(biāo)準(zhǔn)炸藥TNT當(dāng)量值，炸藥密度為1.63g/cm3，建筑物基樁埋深取15.0m。

在數(shù)值模擬過程當(dāng)中采用多物質(zhì)Euler材料與Lagrange結(jié)構(gòu)相耦合的算法，來計算爆炸氣體產(chǎn)物和空氣等物質(zhì)與固體結(jié)構(gòu)的相互作用耦合問題，通過直接耦合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（Lagrange網(wǎng)格）和流體材料網(wǎng)格（Euler網(wǎng)格）之間的響應(yīng)，自動地、精確地算出每一時間步流-固界面處的物理性質(zhì)。在實際建模過程中，定義炸藥、空氣等易流動物質(zhì)為Euler網(wǎng)格，建筑物、地基材料為Lagrange網(wǎng)格。

分析建筑物在爆炸沖擊荷載下的響應(yīng)，主要分析建筑樁基受爆炸振動的沖擊影響。計算的具體條件見表1。

由于主要分析炸藥爆炸對建筑物沖擊作用，即建筑物樁基的受力情況，所以通過LS-DYNA自帶的后處理功能，把建筑物樁基從模型中提取出來單獨進(jìn)行分析。計算結(jié)果詳見圖1～圖4。

由于本次計算的模型為強(qiáng)度為C30的鋼筋混凝土材料，其設(shè)計破壞強(qiáng)度為14.3MPa。根據(jù)計算結(jié)果可知，當(dāng)炸藥庫庫存120t乳化炸藥爆炸后，建筑物樁基上的最大有效應(yīng)力約為5.11MPa，最大剪應(yīng)力峰值約為0.34MPa，小于樁基破壞強(qiáng)度，建筑物樁基基本處于安全狀態(tài)。

4 結(jié)語

本文通過理論分析、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和資料收集的綜合研究方法，分析了炸藥庫對建筑物安全風(fēng)險影響，得出以下結(jié)論。

炸藥庫發(fā)生意外，考慮最大量120t乳化炸藥一次性爆炸后，結(jié)合爆破震動計算結(jié)果可知，距離炸藥庫2966m處的建筑整體安全，受空氣沖擊波超壓影響破壞等級為1級，即：建筑物玻璃偶然破壞，木門窗無損壞，磚外墻無損壞，頂棚無損壞，內(nèi)墻無損壞，鋼筋混凝土柱無損壞。

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